1961—2013年廣西洪澇災(zāi)害時空分布特征及成因

黎琮煒，覃衛(wèi)堅，高安寧

（1.廣西氣象服務(wù)中心，南寧530022；2.廣西氣候中心，南寧530022；3.廣西氣象臺，南寧530022）

1 引言

全球氣候變暖使極端降水發(fā)生頻率增加［1］，如Zhai et al［2］研究表明近50年中國極端降水強度有增強的趨勢；覃衛(wèi)堅等［3-5］研究指出廣西暴雨雨量占全年總雨量的比例隨年際變化有增加趨勢；陳見等［6］指出鋒面暴雨在1990年以后呈增多趨勢；高亭亭等［7］指出廣州前汛期暴雨累積雨量呈逐年增加趨勢；翟志宏等［8］發(fā)現(xiàn)近50年來，華南區(qū)域暴雨降水強度及暴雨百分率上升趨勢顯著；陳芳麗等［9］發(fā)現(xiàn)惠州近年來各站前汛期暴雨日數(shù)和降雨量均呈大振幅變化趨勢；鄭浩陽等［10］發(fā)現(xiàn)珠海暴雨占全年總降雨的比率越來越大。降水異常是導致洪澇災(zāi)害的原因之一，倪增華［11］等指出廣西降水的重現(xiàn)期越長，洪澇災(zāi)害也越嚴重；李永生等［12］指出盛夏降水異常造成了2013年黑龍江境內(nèi)三江流域及支流大洪水；李勇［13-17］等指出切變線、熱帶氣旋、中尺度對流系統(tǒng)等均會導致異常的暴雨天氣。

廣西每年由于暴雨引發(fā)的山洪、江河流域洪澇、泥石流等災(zāi)害給人民生命財產(chǎn)造成重大損失，如1994年5—8月廣西共發(fā)生18次大到暴雨天氣過程，受洪澇災(zāi)害面積達165萬hm2，死亡人數(shù)542人，直接經(jīng)濟損失達數(shù)百億元；2001年度出現(xiàn)多次大到暴雨天氣過程，導致左江、右江、邕江、郁江、潯江江水暴漲洪水泛濫，全區(qū)受災(zāi)面積達123萬公頃，死亡人數(shù)74人，受災(zāi)人口達1861.7萬人。洪澇災(zāi)害受到了關(guān)注，胡小暉等［18］、何慧等［19］研究指出廣西洪澇災(zāi)害損失有增多的趨勢；莫建飛［20］等利用GIS技術(shù)分析了廣西洪澇孕災(zāi)環(huán)境敏感性，提出了地勢越低、高差越小，河網(wǎng)越密集、植被覆蓋度越低越容易孕育洪澇災(zāi)害。不過這些研究多為簡單災(zāi)情線性氣候趨勢特征分析，或為某個典型洪澇過程天氣個例形勢分析，鮮見從氣候異常角度分析其成因。本文分析廣西洪澇災(zāi)害時空分布特征，分析其與各級降水的關(guān)系，用合成分析的方法，揭示洪澇災(zāi)害發(fā)生的氣候成因，為進一步開展洪澇災(zāi)害的防災(zāi)避險工作提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

選取1961—2013年廣西90個氣象觀測站日降水資料和NCEP/NCAR500hpa高度場再分析資料。洪澇災(zāi)害災(zāi)情資料來自于廣西區(qū)氣候中心歷年氣候評價資料。定義當日20：00到次日20：00日降水量≥50mm為一個暴雨日。

本文相關(guān)研究采用大氣環(huán)流合成、相關(guān)系數(shù)等方法。

2 結(jié)果分析

2.1 廣西洪澇災(zāi)害時空分布特征分析

2.1.1 洪澇災(zāi)害年代際變化

根據(jù)廣西區(qū)氣候中心歷年氣候評價資料，廣西各年代因洪澇災(zāi)害所導致的損失統(tǒng)計結(jié)果如表1，總體來看廣西洪澇災(zāi)害造成的損失嚴重，受災(zāi)面積、人口、死亡人數(shù)及倒塌房屋等災(zāi)害呈上升的趨勢，尤其20世紀90年代和21世紀00年代災(zāi)害偏多明顯，其中20世紀90年代受災(zāi)面積、人口、死亡人數(shù)及倒塌房屋損失最嚴重，各項災(zāi)害數(shù)量比60年代、70年代及80年代三十年總和還要多；其次為21世紀00年代，受災(zāi)面積、受災(zāi)人口、倒塌房屋數(shù)量排在第2位，不過死亡人數(shù)卻排在第3位。

表1 廣西洪澇災(zāi)害年代分布的統(tǒng)計表

2.1.2 洪澇災(zāi)害地理分布

為了分析廣西洪澇災(zāi)害地理分布特征，當廣西有一個市，其中1/2以上縣（區(qū)）出現(xiàn)洪澇災(zāi)情的過程定義為一次廣西暴雨洪澇過程，根據(jù)約100例災(zāi)情記錄完整的暴雨洪澇過程樣本，統(tǒng)計了當廣西出現(xiàn)洪澇災(zāi)害時各個市（縣）相應(yīng)發(fā)生洪澇的頻率。統(tǒng)計方法為：廣西的一次災(zāi)害過程里，某個縣（區(qū)）出現(xiàn)災(zāi)情就記為當?shù)匾淮螢?zāi)害過程；統(tǒng)計90個縣（區(qū)）災(zāi)害過程次數(shù)占全廣西總洪澇災(zāi)害過程次數(shù)的比例，得到該地發(fā)生洪澇災(zāi)害的頻率（圖1）。如圖中所示，桂東地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的頻率最高，達到20%以上，即在5次洪澇災(zāi)害過程里，這些地區(qū)就有1次左右，其中柳州北部、梧州市東部、欽州最高，頻率達到30%以上；發(fā)生頻率最少的為崇左市、百色市南部和北部山區(qū)，在10%以下。從整體看，洪澇災(zāi)害發(fā)生概率桂東大于桂西。

圖1 廣西各地洪澇災(zāi)害過程頻率（%）

2.2 廣西洪澇災(zāi)害與降水關(guān)系

2.2.1 洪澇災(zāi)害與單站大雨以上降水量的關(guān)系

洪澇災(zāi)害成因除了與當?shù)氐牡匦蔚孛?、植被等有關(guān)外，主要跟強降水有關(guān)。統(tǒng)計受災(zāi)面積與大雨以上量級降水的相關(guān)圖（圖2a），從圖中可看出相關(guān)最高的區(qū)域為紅水河、柳江、桂江、潯江、郁江、西江流域，顯著程度通過了信度為0.01的統(tǒng)計檢驗。北海、欽州、防城港為獨流入海流域的受災(zāi)面積和強降雨也有比較高的相關(guān)關(guān)系，顯著程度通過了信度為0.05的統(tǒng)計檢驗。

死亡人數(shù)與大雨以上量級降水的相關(guān)圖（圖2b），從圖中可見相關(guān)最高的地區(qū)為河池和柳州，相關(guān)系數(shù)高達0.5，顯著程度通過了信度為0.01的統(tǒng)計檢驗；其次為梧州和賀州二市，相關(guān)系數(shù)也達到0.3以上，通過了信度為0.1的統(tǒng)計顯著性檢驗。說明了這些高相關(guān)地區(qū)一旦出現(xiàn)大雨以上量級的降水，就容易出現(xiàn)因災(zāi)死亡的情況?？赡芤驗檫@些高相關(guān)地區(qū)多屬山區(qū)，河流分布比較多，容易導致山洪暴發(fā)，并且引發(fā)山體滑波、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，給人民生命財產(chǎn)造成損失；梧州為多條河流的下游，匯集了上游來水，易發(fā)生洪澇災(zāi)害，造成人員死亡；這些地區(qū)在強降水來臨之前必須注意防范。廣西其余地區(qū)相關(guān)系數(shù)均不明顯。

2.2.2 洪澇災(zāi)害與單站連續(xù)2天以上大雨以上降水量的關(guān)系

上一節(jié)分析了洪澇災(zāi)害與大雨以上降水量的關(guān)系，以下分析洪澇災(zāi)害與連續(xù)強降水的關(guān)系。受災(zāi)面積與連續(xù)2天大雨以上降水量相關(guān)如圖3a，從圖中可看出高相關(guān)區(qū)集中在賀州、河池、柳州市，相關(guān)系數(shù)達到0.3以上，顯著程度通過了信度為0.05的統(tǒng)計檢驗。通過顯著性檢驗的區(qū)域較單日大雨以上降雨量的顯著區(qū)域小，其余地區(qū)相關(guān)未通過顯著性檢驗。

圖2 廣西洪澇受災(zāi)面積（a）、死亡人數(shù)（b）與大雨以上量級降水量相關(guān)系數(shù)圖

死亡人數(shù)與連續(xù)2天大雨以上降雨量的相關(guān)圖（圖3b），從圖中可見相關(guān)最高為河池、柳州、賀州，相關(guān)系數(shù)達到0.4，顯著程度通過了信度為0.01的統(tǒng)計檢驗，其余地區(qū)相關(guān)未通過顯著性檢驗。可見大部地區(qū)受災(zāi)面積與單站大雨以上降水量相關(guān)顯著區(qū)域集中在桂北地區(qū)，與上一節(jié)對比來看受災(zāi)面積跟單站大雨連續(xù)性關(guān)系不大，而死亡人數(shù)顯著區(qū)域的除了河池和柳州市北部為高相關(guān)外，賀州市也為高相關(guān)區(qū)，這說明了廣西容易發(fā)生洪澇災(zāi)害的特征。

2.2.3 洪澇災(zāi)害與超過10站大雨以上降水量的關(guān)系

以上兩節(jié)分析了洪澇災(zāi)害與單站1天、連續(xù)2天以上大雨量級以上降水量的關(guān)系，以下分析當廣西發(fā)生大范圍強降水時，洪澇災(zāi)害與大雨以上降雨量的關(guān)系。圖4a為洪澇受災(zāi)面積與廣西出現(xiàn)超過10站大雨以上量級降水的降雨量相關(guān)圖，可見相關(guān)顯著區(qū)域明顯大于與單站大雨以上降雨量相關(guān)顯著的區(qū)域，其中河池、賀州、柳州、來賓、欽州及防城港相關(guān)系數(shù)達到0.4，顯著程度通過了信度為0.01的統(tǒng)計檢驗，其余大部分地區(qū)通過了信度為0.1的統(tǒng)計檢驗。

圖3 廣西洪澇受災(zāi)面積（a）、死亡人數(shù)（b）與單站2天大雨以上降水量相關(guān)系數(shù)圖

圖4b為洪澇死亡人數(shù)與廣西出現(xiàn)超過10站大雨以上量級降水的降雨量相關(guān)圖，桂北相關(guān)顯著，其中河池東部和柳州北部相關(guān)最高，達到了0.5以上。相關(guān)顯著區(qū)域明顯大于與單站大雨以上降雨量相關(guān)顯著的區(qū)域。以上分析可見廣西洪澇災(zāi)害與大范圍強降水關(guān)系最密切。

2.3 廣西洪澇災(zāi)害天氣過程的大氣環(huán)流異常分析

通過天氣形勢分析得到廣西發(fā)生大范圍強降水的影響天氣系統(tǒng)一般為：臺風、低渦、高空槽、切變線，引起洪澇災(zāi)害往往是由于大氣環(huán)流出現(xiàn)異常所導致［15］。選取幾個洪澇災(zāi)害最嚴重的典型過程來進行大氣環(huán)流異常分析（距平值為當日500hPa高度場和30a（1981—2010年）平均值的差值），根據(jù)不同的影響天氣系統(tǒng)，把造成廣西洪澇災(zāi)害過程的大氣環(huán)流分為三類：

圖4 廣西洪澇受災(zāi)面積（a）、死亡人數(shù)（b）與10站大雨以上各站降水量相關(guān)系數(shù)圖

第一類影響系統(tǒng)為切變線、靜止鋒。圖5a為1994年6月12—17日、1998年6月16—27日受高空槽、切變線、靜止鋒影響出現(xiàn)強降水天氣過程500 hPa高度值及距平值合成圖，在圖中，中高緯度地區(qū)大氣環(huán)流為“兩槽兩脊型”，東歐平原和貝加爾湖地區(qū)各存在一個低槽，烏拉爾山到巴爾喀什湖一帶和阿留申群島各有一個高壓脊；在低緯度地區(qū)，西太平洋副熱帶高壓西伸至華南沿海。從距平值來看，烏拉爾山到巴爾喀什湖一帶對應(yīng)的高壓脊，500hPa高度場為正距平，較常年同期偏強；貝加爾湖地區(qū)的低槽為負距平，較歷史同期偏強，這種環(huán)流形勢有利于冷空氣從東路到中路影響我國，持續(xù)時間加長。由此可見，中高緯度的槽脊偏強，大氣經(jīng)向交換加強；低緯地區(qū)副高西伸至華南沿海，副高邊沿氣流利于水汽向北輸送，有利于廣西出現(xiàn)暴雨。

第二類影響系統(tǒng)為冷空氣及西南暖濕氣流。圖5b為2005年6月19—23日、2008年6月8—18日由于冷空氣及西南暖濕氣流影響出現(xiàn)強降水天氣過程的500hPa高度值及距平值合成圖，從圖中可以看出在中高緯地區(qū)，俄羅斯存在一個較強的低槽，蒙古高原上空則存在著一個高壓脊；在低緯地區(qū)，存在明顯的南支槽，華南地區(qū)受南支槽前西南氣流控制。西伯利亞低槽偏強，利于強冷空氣從西路到中路不斷南下，與南支槽前的西南暖濕氣流在廣西交綏，有利于暴雨出現(xiàn)。

第三類影響系統(tǒng)為熱帶氣旋。圖5c為2001年7月1—4日、2008年9月24—27日兩次受熱帶氣旋影響出現(xiàn)強降水天氣過程的500hPa高度值及距平值合成圖。從圖中可以看出歐州西海岸和貝加爾湖地區(qū)處于高壓脊的控制，而西歐大陸、巴爾喀什湖地區(qū)和亞洲東海岸有深槽維持。從距平值來看，歐洲西海岸和亞洲東海岸地區(qū)低槽較歷年同期明顯偏強。低緯地區(qū)，副熱帶高壓脊線位于30°N，584線西伸到云南省，廣西南部位于其南側(cè)，且華南沿海地區(qū)為低壓區(qū)控制，輻合帶較活躍，這種環(huán)流形勢非常有利于熱帶氣旋向西移動影響廣西，帶來暴雨天氣。

圖5 嚴重暴雨洪澇過程的500hPa高度場及距平合成圖高空槽、切變線、靜止鋒影響（a）、冷空氣及西南暖濕氣流影響（b）和臺風影響（c）

3 結(jié)論

（1）廣西洪澇災(zāi)害造成的損失有上升的趨勢，尤其20世紀90年代和21世紀00年代災(zāi)害增多明顯，其中20世紀90年代因洪澇災(zāi)害導致的各方面損失最嚴重。桂東地區(qū)發(fā)生洪澇災(zāi)害的頻率高于桂西，其中柳州北部、梧州市東部、欽州最高，崇左市、百色市南部和北部山區(qū)發(fā)生頻率最少。

（2）紅水河、柳江、桂江、潯江、郁江、西江流域洪澇災(zāi)害與大雨以上量級降水量相關(guān)最高，其次為北海、欽州、防城港的獨流入海流域。河池和柳州是強降水最容易造成人員死亡的地區(qū)，其次為賀州和梧州。廣西洪澇災(zāi)害與大范圍強降水關(guān)系最密切。

（3）三種大氣環(huán)流形勢容易造成廣西洪澇災(zāi)害。中高緯度的槽脊偏強，低緯度地區(qū)副高西伸至華南沿海；西伯利亞低槽偏強，廣西受南支槽前控制，利于冷暖空氣在廣西上空交匯，發(fā)生暴雨。副熱帶高壓脊線偏北，西伸脊線偏西，有利于熱帶氣旋西移給廣西帶來暴雨天氣。

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